煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦瓦斯與煤自燃耦合災害防治技術領域，具體涉及一種煤礦采場瓦 斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國對能源高強度集約化的開采，淺部資源日益減少，國內(nèi)外礦井相繼進入 深部資源開采階段。深部煤巖體的力學特征更趨復雜，煤巖破碎量大，為煤自燃發(fā)火提供了 良好的氧氣、蓄熱條件；同時，隨著開采深度的增加，礦井開采煤層瓦斯涌出量以及地溫梯 度也急劇增大，高瓦斯含量帶和瓦斯積聚帶的存在和運動，是礦井發(fā)生瓦斯爆炸、燃燒事故 的重要因素，而煤自燃為瓦斯爆炸提供了火源條件，兩種災害的耦合共生，成為礦井重特大 事故發(fā)生的普遍模式。
[0003] 確定耦合災害危險區(qū)域是這類災害防治的關鍵，而耦合災害具有空間性，由于缺 乏有效的監(jiān)測手段對其空間立體分布規(guī)律進行監(jiān)測，不能很好的指導現(xiàn)場災害防治工作。 目前，還沒有直接監(jiān)測采空區(qū)空間氣體及溫度分布儀器和設備，以往均是在兩順槽方向上 進行埋管觀測，并用Excel產(chǎn)生簡單變化曲線，不能從空間立體上顯示采空區(qū)耦合災害分 布范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測 方法，通過該監(jiān)測方法可以實時收集采空區(qū)空間氣體和溫度值，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)得到采場瓦 斯與煤自燃耦合災害空間立體分布范圍。
[0005] 本發(fā)明的任務之一是提供一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其技術 方案包括：
[0006] -種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基 站，所述采場氣體取樣儀包括活動式套管、位于所述套管頂端的上托盤和位于所述套管底 端的下托盤，所述活動式套管是由上下兩根無縫鋼管套接在一起形成的，所述上無縫鋼管 和下無縫鋼管的外側均設置有一條矩形狀缺口，兩條矩形狀缺口在一條直線上，所述矩形 狀缺口內(nèi)布設有取樣鋼管，所述取樣鋼管為空心結構，在所述取樣鋼管的內(nèi)部自下而上間 隔均勻的劃分為三個密封空腔，所述每個密封空腔內(nèi)均布設有一組監(jiān)測線，每組監(jiān)測線均 是由固定在一起的束管和測溫線組成的；
[0007] 所述下托盤的長度大于上托盤的長度，所述活動式套管內(nèi)部設置有彈簧，所述下 托盤上設置有壓力傳感器，所述彈簧的上部頂在所述上托盤上，下部頂在所述壓力傳感器 上；
[0008] 所述監(jiān)測基站分為用于監(jiān)測壓力的基站一和用于監(jiān)測氣樣和溫度的基站二，所述 壓力傳感器連接至所述基站一，所述監(jiān)測線連接至所述基站二。
[0009] 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，當上托盤最大限度的壓縮彈簧時，上述取樣鋼管與 上托盤之間留有縫隙。
[0010] 當采場氣體取樣儀受到采空區(qū)上覆巖層壓力時，彈簧會受力變形壓縮，此時壓力 傳感器會顯示壓力數(shù)值并傳遞給基站一，上托盤與取樣鋼管之間不能接觸，以免影響實驗 分析結果。
[0011] 作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，上述上無縫鋼管長度為800mm，內(nèi)徑為150mm，壁 厚為3mm;下無縫鋼管長度為800mm，內(nèi)徑為144mm，壁厚為3mm;下托盤直徑為250mm，厚度 為15mm;上托盤直徑為160mm，厚度為15mm;取樣鋼管直徑為33mm，壁厚為2mm。
[0012] 上述上無縫鋼管的長度、內(nèi)徑、壁厚以及下無縫鋼管的長度、內(nèi)徑、壁厚等特別適 用于煤層厚度在6m內(nèi)的綜放工作面內(nèi)，也可根據(jù)現(xiàn)場要求進行調(diào)整。
[0013] 本發(fā)明的任務之二是提供上述監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其包括以下步驟：
[0014] 步驟1、將工作面分為上、中、下三個部分，在工作面推進至初次來壓步距U的1/2 時，在采空區(qū)內(nèi)沿工作面走向方向上選擇五個采空區(qū)測點，將采場氣體取樣儀安置于采空 區(qū)內(nèi)，在工作面的回風順槽側布設三個測點，工作面的進風順槽側布設兩個測點；
[0015] 步驟2、監(jiān)測，通過基站一記錄測點壓力和位移信息，通過基站二取氣樣并記錄測 點溫度；
[0016] 步驟3、工作面繼續(xù)推進U時，采空區(qū)頂板處于來壓間隙，此時礦壓相對較小，利于 測點垂直布置，采取與步驟一相同的方式在相同位置布置五個測點；
[0017] 步驟4、依據(jù)順槽壓力變化數(shù)值篩選有效測點，并通過基站一、基站二記錄壓力和 位移信息，并采集氣樣，及時記錄收集氣體時測點位置傳感器的數(shù)值；
[0018] 步驟5、將步驟4采集的數(shù)據(jù)進行平均，利用數(shù)學分析軟件和雙立方插值技術，獲 得平面耦合災害分布；
[0019] 步驟6、通過計算機三維重構軟件，重構得到瓦斯與煤自燃耦合災害的空間立體分 布圖。
[0020] 優(yōu)選的，步驟5中平面耦合災害分布的獲得是通過下述方法計算得到的：
[0021 ] Se - SQ^〇iSr oSCH^
[0022] 式中，為耦合災害分布區(qū)，為滿足災害發(fā)生的02濃度分布區(qū)，ST為滿足災害 發(fā)生的溫度區(qū)&為可燃可爆瓦斯?jié)舛确植紖^(qū)；其中，
【主權項】
1. 一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基 站，所述采場氣體取樣儀包括活動式套管、位于所述套管頂端的上托盤和位于所述套管底 端的下托盤，其特征在于：所述活動式套管是由上下兩根無縫鋼管套接在一起形成的，所 述上無縫鋼管和下無縫鋼管的外側均設置有一條矩形狀缺口，兩條矩形狀缺口在一條直線 上，所述矩形狀缺口內(nèi)布設有取樣鋼管，所述取樣鋼管為空心結構，在所述取樣鋼管的內(nèi)部 自下而上間隔均勻的劃分為三個密封空腔，每個密封空腔內(nèi)均布設有一組監(jiān)測線，每組監(jiān) 測線均是由固定在一起的束管和測溫線組成的； 所述下托盤的長度大于上托盤的長度，所述活動式套管內(nèi)部設置有彈簧，所述下托盤 上設置有壓力傳感器，所述彈簧的上部頂在所述上托盤上，下部頂在所述壓力傳感器上； 所述監(jiān)測基站分為用于監(jiān)測壓力的基站一和用于監(jiān)測氣樣和溫度的基站二，所述壓力 傳感器連接至所述基站一，監(jiān)測線連接至所述基站二。
2. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：當 上托盤最大限度的壓縮彈簧時，所述取樣鋼管與上托盤之間留有縫隙。
3. 根據(jù)權利要求1所述的煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所 述上無縫鋼管長度為800mm，內(nèi)徑為150mm，壁厚為3mm;下無縫鋼管長度為800mm，內(nèi)徑為 144mm，壁厚為3mm;下托盤直徑為250mm，厚度為15mm;上托盤直徑為160mm，厚度為15mm; 取樣鋼管直徑為33mm，壁厚為2mm。
4. 根據(jù)權利要求1或2或3任一項所述的煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)的 監(jiān)測方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1、將工作面分為上、中、下三個部分，在工作面推進至初次來壓步距U的1/2時， 在采空區(qū)內(nèi)沿工作面走向方向上選擇五個測點，將采場氣體取樣儀通過液壓支架間隙安置 于采空區(qū)內(nèi)，在工作面的回風順槽側布設三個測點，工作面的進風順槽側布設兩個測點； 步驟2、監(jiān)測，通過基站一記錄測點壓力和位移信息，通過基站二取氣樣并記錄測點溫 度； 步驟3、工作面繼續(xù)推進U時，采空區(qū)頂板處于來壓間隙，此時礦壓相對較小，利于測點 垂直布置，采取與步驟一相同的方式在相同位置布置五個測點； 步驟4、依據(jù)順槽基站壓力變化數(shù)值篩選有效測點，并通過基站一、基站二記錄壓力和 位移信息，并采集氣樣，及時記錄收集氣體時測點位置傳感器的數(shù)值； 步驟5、將步驟4采集的數(shù)據(jù)進行平均，利用數(shù)學分析軟件和雙立方插值技術，獲得平 面親合災害分布； 步驟6、通過計算機三維重構軟件，重構得到瓦斯與煤自燃耦合災害的空間立體分布 圖。
5. 根據(jù)權利要求4所述的煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特 征在于：步驟5中平面耦合災害分布的獲得是通過下述方法計算得到的：
式中，為親合災害分布區(qū)，為滿足災害發(fā)生的02濃度分布區(qū)，ST為滿足災害發(fā) 生的溫度區(qū)，為可燃可爆瓦斯?jié)舛确植紖^(qū)；其中，
的取值為8%，
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦采場瓦斯與煤自燃耦合災害監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，涉及到綜放采空區(qū)空間氣體觀測及瓦斯與煤自燃耦合災害表征模型建立，其包括采場氣體取樣儀和監(jiān)測基站，其中，活動式套管是由上下兩根無縫鋼管套接在一起形成的，上無縫鋼管和下無縫鋼管的外側均設置有一條矩形狀缺口，兩條矩形狀缺口在一條直線上，矩形狀缺口內(nèi)布設有取樣鋼管，取樣鋼管為空心結構，在取樣鋼管的內(nèi)部自下而上間隔均勻的劃分為三個密封空腔，每個密封空腔內(nèi)均布設有一組監(jiān)測線。本發(fā)明將采場氣體取樣儀安置于采空區(qū)，基于真實測得數(shù)據(jù)重建獲得耦合災害危險區(qū)域空間立體分布，針對性強、實用性高，可有效地用于現(xiàn)場該類耦合災害空間特性描述和定向防治。
【IPC分類】G01N1-22, G01D21-02, E21F17-00
【公開號】CN104775849
【申請?zhí)枴緾N201510126291
【發(fā)明人】張孝強, 王剛, 程衛(wèi)民, 孫路路, 杜文州, 顏國強, 黃啟銘, 楊鑫祥, 武猛猛
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月23日